铁（Fe）在化学反应中的应用
铁（Fe）在化学反应中的应用
铁（Fe）是一种重要的金属元素，在化学反应中常被用作还原剂。本文将详细介绍铁的物理性质、制备方法及其在不同化学反应中的应用，包括将硝基芳香化合物还原为氨基、将羧酸类化合物转化为酮、以及在D-A反应中的催化效果等。
基本信息
- 英文名称：Iron
- 分子式：Fe
- 分子量：55.84
- CAS号：7439-89-6
- 缩写和别名：铁粉
- 物理性质：金属固体，熔点1535℃，沸点2750℃，密度7.86 g/cm³，具有良好的延展性和导热性，也能导电。
- 制备和商品：国内外试剂公司均有销售。
应用领域
铁是地壳中丰度最大的金属元素之一，在人们的日常生活和工农业生产中具有重要的地位。同时，铁是生命过程不可或缺的元素，并参与人体的生物氧化还原过程。在化学界，铁及其化合物被认为是无毒、环境友好的典型。因此，近几年铁化学有了长足的发展。
作为还原剂
单质铁是一种最简单的铁试剂，常常作为还原剂使用。零价的铁可以还原+3价的铁是一个典型的例子。使用铁粉为还原剂，可将硝基芳香化合物中的硝基还原为氨基。值得注意的是：在该反应中使用浓酸并同时使用甲醇为反应溶剂会使反应的效果更好。当反应底物中官能团较多时，反应的专一性仍然很好。
纳米型的铁粉颗粒具有很强的还原性，这种还原剂可以通过三氯化铁与三倍量的格氏试剂在THF中混合即可制得。这种催化剂价格便宜、环境友好、还原性极高，并且可以溶解在有机溶剂里。de Vrics等人用它来还原烯烃和炔烃取得了很好的效果。
多功能催化体系
铁与酸组成的催化体系不仅表现出一定的还原性，同时还表现出一定的路易斯酸性。因此，该反应体系也经常应用在多步反应中。例如：它可以把硝基先还原为氨基，然后再与羰基反应生成亚胺，该两步反应可在“一锅煮”条件下进行，这种方法在合成一些复杂配体时非常重要。
在铁粉的作用下，羧酸类化合物可以转化成为酮产物。在该反应过程中，羧酸与铁首先生成羧酸铁中间体。然后在加热的条件下发生脱羧反应，最终生成酮化合物。该方法为实现对称酮化合物的合成提供了一有效的途径。
其他应用
单质铁和液溴组成的体系是经典的芳香化合物的溴代试剂。在反应过程中，铁与溴首先生成三溴化铁。然后活化芳环，从而使溴与芳环发生亲电取代反应。
在D-A反应中，单质铁和其它一些金属组成的多金属催化体系常常有很好的催化效果，反应的区域选择性比普通条件下有明显的提高。例如：苯基甲基乙炔与2-甲基-1,3-二丁烯反应，产物中炔烃上的甲基与双烯上苯基主要以间位为主。
单质铁和NaF体系的化学性质与和格氏试剂具有一定的相似性，可以促进卤代烃对羰基的加成。这种方法比格氏试剂有很大的优点，反应条件温和且产率较高，是一种很有应用价值的方法。
本文摘自《现代有机合成试剂——还原反应试剂》，胡跃飞主编。